저전압 차단 회로: 설계, 동작, DIY 가이드

과충전으로 부풀어 오른 충전식 배터리

출처: Wikiwand

충전식 배터리를 올바르게 관리하고 사용하면 최소 2년은 사용할 수 있습니다. 따라서 배터리를 관리한다는 것은 급속 충전 모드로 충전하지 않거나 배터리가 완전히 방전되지 않도록 하는 것을 의미합니다. 하지만 정기적으로 배터리를 완전히 방전시키면 영구적으로 수명을 다하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 따라서 필요할 때 배터리를 충전하는 것이 최선의 접근법입니다. 어떻게? 간단합니다. 저전압 차단 회로를 사용하면 됩니다. 이 장치는 배터리를 부하에서 자동으로 분리하는 데 효과적입니다. 또한 배터리 전압을 자동으로 측정합니다.

흥미롭게도 직접 만드는 방법, 응용 분야 등을 광범위하게 논의하겠습니다.

준비되셨다면 시작해 보겠습니다!

저전압 차단이란?

저전압 차단은 배터리에 연결된 부하를 회로를 통해 자동으로 차단하는 장치입니다. 결과적으로 배터리 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다.

저전압 차단의 이론

디지털 회로 기판

MOSFET 트랜지스터가 저전압 차단의 핵심입니다. 트랜지스터는 외부 회로의 양극 라인에서 스위치 역할을 합니다.

따라서 회로에 저전압 차단을 적용하면 장치의 부하와 배터리 사이에 공통 음극 접지를 허용합니다. 결과적으로 AC 전기 회로 등 다양한 응용 분야에 유용합니다.

트랜지스터

하지만 높은 차단 스위칭을 선호한다면 생성된 게이트 드라이브 전압보다 낮은 공급 전압을 사용해야 합니다. 전압 3배 회로를 사용하여 이를 얻을 수 있습니다. 좋은 예가 오퍼레이셔널 앰프입니다. 결과적으로 장치는 약 5kHz 사각파를 생성합니다.

그게 다가 아닙니다.

전압을 커패시터/다이오드 래더 회로에 3배 더 공급할 수도 있습니다. 그러면 신호가 MOSFET을 게이트 온하는 데 도움이 됩니다. 결과적으로 전압이 사각파 피크 차단 전압의 3배로 증가합니다.

MOSFET 심볼

저전압 차단이 꺼지면 저항 중 하나가 게이트 전기 충전 회로를 방전시킵니다. 이후 MOSFET이 꺼집니다.

저전압 차단 회로의 세 전압 비교기

저전압 차단 회로에는 다음으로 구성된 전압 비교기가 있습니다:

• 표준 5볼트 레귤레이터
• 트리머 팟
• 듀얼 오퍼레이셔널 앰프

배터리 전압 모니터 회로

출처: Flickr

저전압 차단 회로에는 전압 분배기 역할을 하는 트리머 팟이 있습니다. 이 동작은 배터리 장치를 손상으로부터 보호합니다. 그리고 저전압이 차단되는 특정 지점을 생성하는 역할을 합니다.

저전압 차단 회로에 있는 오퍼레이셔널 앰프도 중요한 역할을 합니다. 표준 배터리 전압이 임계값 이상이면 양의 출력을 제공합니다. 이렇게 하면 장치 배터리 과충전을 방지할 수 있습니다.

따라서 양의 출력 배터리 전력이 전압 분배기를 통해 바이어스 레벨을 생성합니다. 결과적으로 오퍼레이셔널 앰프의 발진기가 최소 전압으로 작동하고 배터리 충전기를 줄입니다.

동작 단계

배터리 전압이 특정 지점 이하로 떨어지면 오퍼레이셔널 앰프의 출력이 보통 0으로 이동합니다. 결과적으로 발진기가 꺼집니다. 또한 MOSFET과 전압 3배 회로가 종료됩니다. 그런 다음 저항 회로가 히스테리시스를 제공합니다. 이는 차단 전압 근처에서 비교기 발진을 방지하는 데 도움이 됩니다.

다이오드는 MOSFET이 꺼질 때 회로 전원을 차단하는 데 도움이 됩니다. 하지만 회로가 켜지면 커패시터가 순간적인 단락처럼 동작합니다. 따라서 오퍼레이셔널 앰프 Vcc 라인을 배터리 컨트롤러 전압으로 끌어당깁니다. 결과적으로 MOSFET이 켜질 때까지 전체 회로가 작동합니다. 그런 다음 직접 동작 전류가 MOSFET과 다이오드를 통해 흐릅니다.

저전압 차단 스위치가 꺼지면 어떻게 되는가?

이때 비교기가 강제로 꺼집니다. 핀 3을 접지에 단락시켜 발생합니다. 결과적으로 MOSFET이 꺼집니다. 트리머 팟이 Vcc로 설정되면 저항이 스위치가 Vcc를 직접 측정 공통 접지에 단락시키는 것을 방지합니다. 또한 커패시터가 전류 제한 저항과 버튼의 다른 절반을 통해 방전됩니다.

커패시터 방전은 스위치가 다음에 켜질 때 회로 시작을 돕습니다. 따라서 다이오드는 유도성 배터리 부하나 모터가 생성하는 유해한 스파이크로부터 MOSFET을 보호합니다.

부하가 지속적으로 몇 암페어 미만이라면 MOSFET에 열전도 그리스와 방열판을 사용할 수 있습니다. 또한 별도의 온오프 제어를 원한다면 DPDT 스위치 대신 순간 푸시 버튼을 사용할 수 있습니다.

'끄기' 푸시 버튼은 접지와 오퍼레이셔널 앰프 사이에 연결됩니다. 반면 '켜기' 푸시 버튼은 D6 캐소드와 Q1 드레인 사이에 연결됩니다. DC 전기 회로, 커패시터(C11), 저항(R8)은 푸시 버튼과 함께 사용할 수 없다는 점이 중요합니다.

저전압 차단 회로 만드는 방법

저전압 차단 회로도

출처: Research gate ℅ 라비 라마찬드란

저전압 차단 회로 제작에 필요한 부품은:

• 저항

• 트랜지스터
• 다이오드 D1N750
• 릴레이 스위치
• 12볼트 배터리
• 가변저항
• 두꺼운 와이어
• 회로 기판

• LM324
• 백색 LED

• 세라믹 디스크 커패시터
• 입력 및 출력 커넥터

모든 저항은 1/4와트임을 유의하세요.

단계

1. 회로도를 참조하세요. 그런 다음 회로 기판에서 포인트 투 포인트 배선을 시작하세요.
2. 얇은 베어 와이어를 가져와 테플론 절연재로 덮으세요. 테플론 절연재를 사용하는 이유는 학대에도 쉽게 녹지 않기 때문입니다.
3. 회로에서 전류를 운반할 부분에 두꺼운 와이어를 사용하세요.
4. 커넥터를 설정에 추가하세요. 그러면 스위치로 사용할 수 있습니다. 하지만 배터리가 특정 값 이하로 떨어지면 회로가 꺼집니다.
5. 배터리가 다시 완전히 충전되면 회로를 껐다가 다시 켤 수 있습니다.

이 저전압 차단 회로는 젤 셀 배터리와 12V 자동차 미등과 완벽하게 작동한다는 점이 중요합니다.

중요 참고 사항

1. 전구를 부하 출력 단자에 연결하세요. 전원 공급 장치를 배터리 입력 단자에 연결하세요.
2. 가변저항이 중간 지점에 설정되어 있는지 확인하세요. 또한 가변 전압이 13볼트를 공급해야 합니다.
3. 회로를 켰을 때 전구가 켜지지 않으면 가변저항을 접지 쪽으로 이동하세요. 그런 다음 회로를 껐다가 다시 켜세요. 발생할 때까지 과정을 반복하세요.

저전압 차단 회로의 응용 분야

저전압 차단 회로는 다음 응용 분야에서 사용할 수 있습니다:

• 조경 조명
• 온도조절기
• 초인종
• 가정용 보안 조명

마무리

NiCd와 납산 배터리는 이상적인 방전 전압과 충전 범위 내에서 작동하는 한 꽤 오래 지속됩니다.

또한 극한의 배터리 방전을 방지하기 위해 저전압 차단 회로가 필요합니다. 충전 제어 회로는 배터리 과충전을 방지합니다. 따라서 두 회로의 조합으로 배터리가 적절한 범위에서 작동하도록 보장합니다.

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